Фотоэлектрические (ФЭ) элементы обычно изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, и имеют как положительный, так и отрицательный электроды. При воздействии солнечного света происходит фотоэлектрический эффект, мгновенно преобразующий световую энергию в электрическую энергию в виде постоянного тока (DC). Эта электроэнергия может либо храниться в батареях, либо преобразовываться в переменный ток (AC) с помощью инвертора для удовлетворения различных энергетических потребностей. ФЭ элементы часто соединяются последовательно или параллельно для образования модулей, которые затем собираются в массивы для получения большей выходной мощности.
1. Алюминиевые ячейки с тыльной поверхностью (BSF)
Структура и принцип
Ячейки BSF — это распространенный тип солнечных элементов, в которых в качестве заднего электрода используется алюминиевое покрытие. Это создает электрическое поле на задней стороне, которое помогает перемещать электроны к заднему электроду, повышая эффективность преобразования энергии. Процесс производства включает легирование поверхности кремния фосфором для создания N-области, нанесение пленки или покрытия для формирования P-области на лицевой стороне и формирование pn-перехода. Наконец, добавляются металлические сетки для сбора тока.
История развития
Впервые предложенные в 1973 году, ячейки BSF стали первой коммерциализированной структурой кристаллических кремниевых ячеек. К 2016 году на них приходилось более 90% рынка.
Преимущества
Клетки BSF отличаются простотой, экономичностью и зрелостью технологии.
2. Клетки PERC
Происхождение названия
PERC расшифровывается как Passivated Emitter and Rear Cell (пассивированный эмиттер и задняя ячейка).
Процесс и производительность
Технология PERC, основанная на традиционных ячейках BSF, добавляет два ключевых этапа: пассивацию задней поверхности и лазерное сверление, что значительно повышает эффективность. Процесс производства включает очистку и текстурирование пластины, диффузию для создания pn-переходов, лазерное легирование для селективных эмиттеров, пассивацию задней поверхности, лазерное сверление, трафаретную печать, спекание и тестирование.
Преимущества
PERC-ячейки отличаются простой структурой, коротким технологическим процессом производства и высокой степенью зрелости оборудования.
3. Клетки с гетеропереходом (HJT)
Структура
HJT-элементы — это гибридные солнечные элементы, сочетающие кристаллические кремниевые подложки и аморфные кремниевые пленки. В них используются собственные слои аморфного кремния на границе гетероперехода для пассивации передней и задней поверхностей. Симметричная структура включает в себя кристаллическую кремниевую подложку N-типа, слой аморфного кремния Pi на световой стороне, слой аморфного кремния iN на задней стороне, а также прозрачные электроды и шины с обеих сторон. Это двусторонние элементы.
Преимущества
Ячейки на основе гетеропереходных транзисторов отличаются высокой эффективностью, низким уровнем деградации, низким температурным коэффициентом, высокой двусторонней проводимостью, упрощенными технологическими процессами и пригодностью для более тонких подложек.
4. Ячейки TOPCon
Технический принцип
Ячейки TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) основаны на принципе селективного переноса носителей заряда. Они имеют сверхтонкий слой оксида кремния и легированный слой кремния на тыльной стороне, образуя пассивированную контактную структуру. Это снижает рекомбинацию на поверхности и в металлическом контакте, что создает значительный потенциал для повышения эффективности в N-PERT ячейках.
Характеристики процесса
В ячейках TOPCon используются кремниевые подложки N-типа, и для их производства требуются минимальные изменения существующих линий по производству ячеек P-типа, такие как добавление оборудования для диффузии бора и осаждения тонких пленок. Они исключают необходимость в задних отверстиях и выравнивании, упрощая производство и повышая совместимость с процессами изготовления ячеек PERC и N-PERT.
Преимущества
Солнечные элементы TOPCon демонстрируют низкую степень деградации, высокую двустороннюю проводимость и низкий температурный коэффициент, что обеспечивает превосходные характеристики для солнечных электростанций.
5. Клетки IBC
Структура и принцип
В ячейках с чередующимися задними контактами (IBC) все линии сетки электродов на лицевой стороне перемещаются на заднюю сторону, располагая p-n-переходы и металлические контакты в чередующемся порядке. Это уменьшает затенение и увеличивает поглощение света. Благодаря отсутствию металлических контактов на лицевой стороне, ячейки IBC обеспечивают большую активную площадь для преобразования фотонов.
Интеграция технологий
Ячейки IBC могут интегрироваться с другими технологиями, такими как PERC, TOPCon, HJT и перовскит, образуя усовершенствованные гибридные ячейки, такие как "TBC" (TOPCon-IBC) и "HBC" (HJT-IBC).
Потенциал применения
Благодаря своему эстетически привлекательному дизайну, ячейки IBC хорошо подходят для интегрированных в здания фотоэлектрических систем (BIPV) и обладают большими коммерческими перспективами.
Заключение
Каждый тип фотоэлектрических элементов обладает уникальными преимуществами и играет ключевую роль в развитии технологий солнечной энергетики. Благодаря непрерывным инновациям эти технологии способствуют росту и трансформации фотоэлектрической отрасли.
